(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に連結され、名目上は前記基板に平行であり、第一の次元に調節可能な角変位を生じさせるように動作が可能な第一の走査ミラーと、
前記基板に位置合わせされ、前記基板に平行である折り返しミラーと、
前記折り返しミラーから反射された光を受け、光を前記第一の走査ミラーへ反射するように位置合わせされ、前記第一の次元から実質的に９０度をなす第二の次元に角変位を生じさせるように動作が可能な第二の走査ミラーと、
を備えており、
前記基板は、シリコン基板を備え、前記折り返しミラーは、前記シリコン基板に反射面を備えていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記第一の走査ミラーは、微小電気機械（ＭＥＭＳ）走査プラットフォームを備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
入力光線を前記基板に位置合わせされた前記折り返しミラーへ反射するため第二の折り返しミラーをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第一の走査ミラーは、非円形形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
入力光線を反射する第一の折り返しミラーと、
前記第一の折り返しミラーから受けた光を反射する第二の折り返しミラーと、
前記第二の折り返しミラーから光を受け、第一の次元に走査された光線を供給するように位置合わせされた高速走査ミラーと、
前記高速走査ミラーから光線を受け、第二の次元に走査された光線を供給するように位置合わせされた低速走査ミラーとであって、前記低速走査ミラーと前記第二の折り返しミラーとは共通した基板に連結されている前記低速走査ミラーと、
を備えていることを特徴とする装置。
【請求項６】
前記低速走査ミラーは、前記共通した基板から形成された微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）機器を備えていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第二の折り返しミラーは、前記共通した基板の反射部分を備えていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記低速走査ミラーは、前記ＭＥＭＳ機器に接合された反射素子をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項９】
前記入力光線は、静止時に、前記高速走査ミラーに実質的に平行であることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
変調レーザ光を生成するレーザ光源と、
変調レーザ光を反射する第一の折り返しミラーと、
前記第一の折り返しミラーから受けた光を反射する第二の折り返しミラーと、
前記第二の折り返しミラーから光を受けるように位置合わせされた第一の走査ミラーと、
前記第一の走査ミラーから光線を受けるように位置合わせされた第二の走査ミラーであって、前記第二の走査ミラーと前記第二の折り返しミラーとは共通した基板に連結されている、前記第二の走査ミラーと、
を備えていることを特徴とするモバイル投影機器。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
背景
走査された光線は、モバイルマイクロプロジェクタ（携帯可能な超小型プロジェクタ）、自動車用ヘッドアップディスプレイ、頭部装着型ディスプレイのような用途を含む多種多様の用途のための表示画像を生成するために使用される。ディスプレイは、望ましい視野を補償するために変調された光線（変調光ビーム）を偏向させるため一つ以上のミラー（反射鏡）の角運動を使用することによって作り出される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
単一のミラーシステムは、非常に小型の光学系を提供するが、複数の次元での単一ミラーの運動制御は、技術課題をもたらす。二台のミラーのシステム（２ミラーシステム）は、より簡単なミラー制御を可能にするが、本質的に単一ミラーシステムより大型である。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】図１は、本発明の様々な実施形態による走査ビーム投影システムのブロック図である。
【図２】図２は、本発明の様々な実施形態によるモバイル機器を示す図である。
【図３】図３は、二台の走査ミラー及び一台の折り返しミラーを含む走査システムの側面図である。
【図４】図４は、二台の走査ミラー及び一台の折り返しミラーを含む走査システムの平面図である。
【図５】図５は、二台の走査ミラー及び一台の折り返しミラーを含む走査システムの斜視図である。
【図６】図６は、二台の走査ミラー及び二台の折り返しミラーを含む走査システムの側面図である。
【図７】図７は、二台の走査ミラー、二台の折り返しミラー、及び出力光学要素を含む走査システムの側面図である。
【図８】図８は、二台の走査ミラー、二台の折り返しミラー、及び出力光学要素を含む走査システムの平面図である。
【図９】図９は、二台の走査ミラー、二台の折り返しミラー、及び出力光学要素を含む走査システムの斜視図である。
【図１０】図１０は、走査プラットフォーム及び一体型折り返しミラーを含む基板を示す図である。
【図１１】図１１は、一体型の折り返しミラー及び走査プラットフォームに貼り付けられた反射機器を含む基板を示す図である。
【図１２】図１２は、走査された光線の歪みを示す図である。
【図１３】図１３は、一体型折り返しミラー及び走査プラットフォームに貼り付けられた反射機器を含む基板を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の様々な実施形態によるくさび型光学要素を用いた画像歪みの変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
実施形態の説明
以下の詳細な説明では、一例として、本発明が実施されることがある具体的な実施形態を示す添付図面を参照する。これらの実施形態は、十分に詳細に説明されているので、当業者は本発明を実施することができる。本発明の様々な実施形態は、差異があるが、必ずしも相互に排他的ではないことが理解されるべきである。例えば、一実施形態と関連して詳細な説明中に記載された特有の特性、構造、又は、特徴は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなくその他の実施形態の範囲内で実施されることがある。その上、開示された各実施形態の範囲内の個別の要素の場所又は配置が本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく変更されてもよいことは理解されるべきである。以下の詳細な説明は、従って、限定的な意味で解釈されるべきではなく、本発明の範囲は、適切に解釈された添付の特許請求の範囲と、この特許請求の範囲の権利が与えられた同等物の全範囲とだけによって定められる。図面中、類似した符号は、様々な図面を通じて同一又は同様の機能性を参照する。
【０００５】
図１は、本発明の様々な実施形態による走査ビーム投影システム（走査線投影システム、スキャンビームプロジェクションシステム）を示す。図１に示されるように、走査ビーム投影システム１００は、画像処理部１０２と、変調光源１０４と、２ミラー走査システム１１０とを含む。画像処理部１０２は、任意の画像ソース（画像源）でもよい。例えば、一部の実施形態では、画像処理部１０２は、静止画像を保持するメモリを含む。他の実施形態では、画像処理部１０２は、ビデオ画像を含むメモリを含む。さらなる実施形態では、画像処理部１０２は、コネクタ、無線リンクなどを使用して外部ソースからの画像又はビデオを含む。画像処理部１０２は、光源１０４を変調すべきときを決定するために、処理回路及びソフトウェアをさらに含むことがある。
【０００６】
変調光源１０４は、レーザ光線であってもよい光線１１２を放射する能力を有する、レーザダイオードなどの任意のレーザ光源を用いることができる。光線１１２は、単色でもよく、又は、様々な波長の光を含むことができる。例えば、一部の実施形態では、変調光源１０４は、赤色、緑色、及び青色レーザ光源を含み、光線１１２は、種々の強度で赤色、緑色、及び青色光を含む。
【０００７】
２ミラー走査システム１１０は、光線１１２を受け、走査機能を実行する。第一のミラーは、第一の次元に光線（ビーム）を走査し、第二のミラーは、第二の次元に光線を走査する。例えば、第一のミラーは、走査線を形成するために光線を水平方向に走査することがあり、第二のミラーは、走査線全体を垂直方向に反射することがある。二つのミラーが正確なタイミングで作動すると、ラスタ画像が領域１２０に描かれる。
【０００８】
一部の実施形態では、２ミラー走査システム１１０は、出力光学要素と一体化された折り返しミラーを含む。折り返しミラーを出力光学要素と一体化することは、２ミラー走査システムを小型化することを可能とする。さらに、一部の実施形態では、折り返しミラーは、走査ミラー基板に一体化される。例えば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の走査ミラーは、基板によって支持されることが可能であり、折り返しミラーは、基板に形成されること、又は、基板と一体化されることが可能である。これは、折り返しミラーを走査ミラーと非常に接近して位置合わせすることを可能とし、また２ミラー走査システムをより小型化することを可能とする。２ミラー走査システムと、一体型折り返しミラーを含む出力光学要素と、一体型折り返しミラーを含む走査ミラー基板との様々な実施形態は、以下でより詳細に説明される。
【０００９】
図２は、本発明の様々な実施形態によるモバイル機器を示す。モバイル機器２００は、通信能力の有無にかかわらず、手持ち式の投影機器（ハンドヘルドプロジェクション機器）でもよい。例えば、一部の実施形態では、モバイル機器２００は、他の能力をほとんど、又は、全く備えていない手持ち式のプロジェクタであってもよい。さらに、例えば、一部の実施形態では、モバイル機器２００は、通信のため使用可能な機器でもよく、例えば、携帯電話機、スマートフォン、個人情報端末（ＰＤＡ）、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機などを含む。さらに、モバイル機器２００は、無線通信（ワイヤレス、例えばＷｉＭａｘ）若しくはセルラー接続を介してより大型のネットワークに接続されることがあり、又は、この機器は、規制されていないスペクトル接続（例えば、ＷｉＦｉ規格）を介してデータメッセージ若しくはビデオコンテンツを受け取ることができる。
【００１０】
モバイル機器２００は、１２０で光を使って画像を作り出すため２ミラー走査システム１１０を含む。モバイル機器２００はまた、画像処理部と変調光源とをさらに含むが（図１）、これらは、明瞭さのため図２から意図的に省かれている。
【００１１】
モバイル機器２００は、ディスプレイ２１０、キーパッド２２０、オーディオポート２０２、制御ボタン２０４、カードスロット２０６、オーディオ／ビデオ（Ａ／Ｖ）ポート２０８を含む。これらの要素はいずれも不可欠ではない。例えば、モバイル機器２００は、ディスプレイ２１０、キーパッド２２０、オーディオポート２０２、制御ボタン２０４、カードスロット２０６、又は、Ａ／Ｖポート２０８のうちのいずれも含まずに、２ミラー走査システム１１０だけを含むことがある。一部の実施形態は、これらの要素のうちの一部を含む。例えば、補助的なプロジェクタ製品は、２ミラー走査システム１１０、制御ボタン２０４、及びＡ／Ｖポート２０８を含むことがある。
【００１２】
ディスプレイ２１０は、任意の種類のディスプレイとすることができる。例えば、一部の実施形態では、ディスプレイ２１０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）画面を備えている。ディスプレイ２１０は、１２０に投影された同じコンテンツ、又は、異なるコンテンツを常に表示することがある。例えば、補助的なプロジェクタ製品は、同じコンテンツを常に表示することがあり、他方で、携帯電話機の実施形態は、１２０に１種類のコンテンツを投影し、同時にディスプレイ２１０に様々なコンテンツを表示する。キーパッド２２０は、電話機キーパッド又はその他の任意の種類のキーパッドでもよい。
【００１３】
Ａ／Ｖポート２０８は、ビデオ信号及び／又はオーディオ信号を受け入れ及び／又は送信する。例えば、Ａ／Ｖポート２０８は、デジタルオーディオ及びビデオデータを伝達するため適しているケーブルを受け入れるデジタルポートとすることができる。さらに、Ａ／Ｖポート２０８は、コンポジット入力を受け入れるためＲＣＡジャケットを含むことがある。さらに、Ａ／Ｖポート２０８は、アナログビデオ信号を受け入れるためＶＧＡコネクタを含むことがある。一部の実施形態では、モバイル機器２００は、Ａ／Ｖポート２０８を通して外部信号源に繋がれることがあり、モバイル機器２００は、Ａ／Ｖポート２０８を通して受け入れられたコンテンツを投影することができる。その他の実施形態では、モバイル機器２０８は、コンテンツの発生源でもよく、Ａ／Ｖポート２０８は、コンテンツを異なる機器へ送信するため使用される。
【００１４】
オーディオポート２０２は、オーディオ信号を供給する。例えば、一部の実施形態では、モバイル機器２００は、オーディオ及びビデオを保存、再生することができるメディアプレーヤである。これらの実施形態では、ビデオは、１２０で投影され、オーディオは、オーディオポート２０２で出力されることがある。その他の実施形態では、モバイル機器２００は、Ａ／Ｖポート２０８でオーディオ信号及びビデオ信号を受信する補助的なプロジェクタとすることができる。これらの実施形態では、モバイル機器２００は、ビデオコンテンツを１２０で投影し、オーディオコンテンツをオーディオポート２０２で出力することがある。
【００１５】
モバイル機器２００はまた、カードスロット２０６を含む。一部の実施形態では、カードスロット２０６に挿入されたメモリカードは、オーディオポート２０２で出力されるオーディオ、及び／又は、１２０で投影されるビデオデータの供給源を提供することがある。カードスロット２０６は、例えば、マルチメディア・メモリ・カード（ＭＭＣ）、メモリスティックＤＵＯ、セキュアデジタル（ＳＤ）メモリカード、及び、スマート・メディア・カードを含む任意の種類の固体メモリデバイスを受け入れることができる。上記リストは、例示的であり、網羅的ではないことが意図されている。
【００１６】
一部の実施形態では、２ミラー走査システム１１０は、７２０ｐ画像又は１０８０ｐ画像のような高解像度（ＨＤ）画像を表示する。これらの実施形態では、二台の別個の走査ミラーは、ＨＤラスタ画像を作り出すために変調光源と相対的に制御される。以下でより詳細に説明されるように、２ミラー型の実施形態は、小型のまま維持されるので、モバイル機器２００の形状因子は、同様に小さいまま維持される。
【００１７】
図３−５は、二台の走査ミラーと単一の折り返しミラーとを含む走査システムの側面図、平面図及び斜視図である。さて、図３を参照すると、２ミラー走査システム３００は、走査ミラー３２０及び３３０と、出力光学要素３１０とを含む。出力光学要素３１０の表面３１２は、折り返しミラーを形成する。動作中、光線３０２は、システム３００に入射し、折り返しミラー３１２から反射する。走査ミラー３２０は、折り返しミラーから反射された光を受けるように位置合わせされ、光線を第一の次元に走査する。走査ミラー３３０は、走査ミラー３２０からの光線を受けるように位置合わせされ、この光線を第二の次元に走査する。出力光学要素３１０は、走査ミラー３３０からの光線に交差するように位置合わせされ、ここで折り返しミラー３１２が出力光学要素３１０に位置合わせされている。走査ミラー３３０からの光は、出力光学要素３１０を通過した後、走査システム３００を出る。２ミラー走査システム３００を出る光は、二台の走査ミラーの動作によって二次元に走査され、ラスタ画像を３０４に描く。
【００１８】
走査ミラー３２０は、軸３２１周りの角変位を用いて前後に走査する。図３では、軸３２１は、紙面に示されている。図４に示されるように、走査ミラー３３０は、軸３３１周りの角変位を用いて前後に走査する。図４では、軸３３１は、紙面の中に示されている。二本の軸３２１及び３３１は、走査ミラー３２０及び３３０による別個の次元での走査を生じさせるように、互いに実質的に９０度をなすように向けられる。
【００１９】
一部の実施形態では、走査ミラー３２０は、「高速走査」ミラーであり、走査ミラー３３０は、「低速走査」ミラーであるが、これは、本発明を限定するものではない。例えば、走査ミラー３２０は、走査ミラー３３０より高速に又は低速に走査することがある。一部の実施形態では、走査ミラー３２０は、画像中の水平線毎に一回ずつ掃引（スイープ）することがあり、走査ミラー３３０は、画像中の垂直帰線毎に一回ずつ掃引することがある。当業者は、二台の走査ミラーの掃引レートと光源の変調レートとを変化させることは、様々な画像解像度に対応することを理解されるであろう。例えば、垂直掃引レートと相対的に水平掃引レートを増加させると、より多くの水平線が画像に生じ、光源の変調レートを増加させると、水平線一本当たりにより多くの画素が画像に生じる。
【００２０】
走査ミラー３２０及び３３０は、説明されているように光線を走査するために適している任意の機器でもよい。例えば、一部の実施形態では、走査ミラー３２０及び３３０は、ＭＥＭＳ走査ミラーである。ＭＥＭＳ走査ミラーの運動は、一つ以上の制御信号に応答して一つ以上の作動機構によって制御されることがある。例えば、一部の実施形態では、一つ以上の導電性コイル及び／又は一つ以上の固定磁石を含む磁気作動機構が用いられることがある。他の実施形態では、静電作動機構が用いられることがある。本発明の様々な実施形態は、走査ミラー３２０及び３３０のどちらかに使用される作動機構の種類によっても限定されることはない。
【００２１】
折り返しミラー３１２は、出力光学要素３１０の一部である。一部の実施形態では、折り返しミラー３１２は、出力光学要素３１０に塗布された反射コーティングを含む。他の実施形態では、折り返しミラー３１２は、すべての光が反射されるように、入力光線３０２が折り返しミラー３１２上で臨界角を下回る入射角を確実にとることによって形成される。さらなる実施形態では、別個のミラーが折り返しミラー３１２を形成するため光学要素３１０に貼り付け又は接合される。
【００２２】
一部の実施形態では、出力光学要素３１０は、出力画像を変えるくさび型光学要素である。一つ以上の実施形態では、出力光学要素３１０は、本質的に走査ビームディスプレイ又はイメージングシステム（画像化システム）になり得る２ミラー走査システム３００によって生成され、そして、軸外からの入力光線によって引き起こされる走査された光線の軌道と、走査ミラーから画像平面への変換との結果である画像の中の歪みを低減又は除去するために利用されることが可能である。代替的に、例えば、増大されるか、又は、そうでなければ分けられた歪みが用途に応じて望ましい場合、出力光学要素３１０は、２ミラー走査システム３００によって生成された画像の中の歪みの量を分ける、又は、増大するため用いられることがある。一般に、出力光学要素３１０は、２ミラー走査システム３００によって生成又は獲得された画像の歪みのある程度の変更をもたらすため利用されることが可能である。一つ以上の実施形態では、出力光学要素３１０は、一般に、光学素子、又は、光学素子の組み合わせで構成されることが可能であり、第一の表面又は平面３１４が第二の表面又は平面３１６に対して非平行角（平行ではない角度）で配置されている。一つ以上の実施形態では、このような出力光学要素３１０の配置は、プリズム、又は、錐台、ピラミッド形、錐などのような類似した形状の光学要素を備えることが可能であり、及び／又は、代替的には、出力光学要素３１０は、第一の表面３１４を具現化するために第一のガラス又はその他の光学材料の板を備え、第二の表面３１６を具現化するために第二のガラス又はその他の光学材料の板を備え、折り返しミラー３１２を具現化するために第三のガラス又はその他の光学材料の板を備えることができる。
【００２３】
出力光学要素３１０を折り返しミラー３１２と組み合わせることは、残りの光学部品がより接近して位置合わせされることを可能とし、それによって、２ミラー走査システム３００によって占有される全体的な体積を削減する。例えば、走査ミラー３２０及び３３０は、出力光学要素３１０により接近させ、かつ、互いにより接近させて位置合わせされる。これにより、走査ミラー３３０の寸法の縮小、及び、出力光学要素３１０の寸法の縮小という結果になる。
【００２４】
一部の実施形態では、走査ミラー３２０は、静止時に、走査ミラー３２０の反射面が入力光線３０２に平行であるように位置合わせされるが、これは、本発明を限定するものではない。入力光線３０２は、実際の光線が示された断面の範囲内のどこに存在してもよいことを示すために複数の線によって表現される。出力光も同じ理由のため複数の線で示される。図３−５は、ミラーが中心に置かれたとき、及び、ミラーがこれらの角変位の頂点（角変位の最大位置）にあるときの出力光の軌道を示す。実際の動作中、光線は、連続的に掃引される。
【００２５】
一部の実施形態では、出力光学要素３１０は、走査ミラーの一方又は両方を保持するための搭載機能を含んでいる。例えば、出力光学要素３１０は、折り返しミラー及び出力光学要素に対する走査ミラーを確実に適切な配置とするため、両方の走査ミラーの配置を維持する具体的な機能を含むことがある。一部の実施形態では、出力光学要素３１０は、同時に搭載部及び光学要素としての役割を果たすプラスチック部品である。
【００２６】
図６は、二台の走査ミラー及び二台の折り返しミラーを含む走査システムの側面図である。走査システム６００は、二台の折り返しミラー６４０及び６５０と、二台の走査ミラー６２０及び６３０とを含む。動作において、第一の折り返しミラー６４０は、入力光線６０２を反射するように位置合わせされ、第二の折り返しミラー６５０は、第一の折り返しミラー６４０から受けた光を反射するように位置合わせされ、第一の走査ミラー６２０は、第二の折り返しミラー６５０から光を受け、第一の次元に走査された光線を提供するように位置合わせされ、第二の走査ミラー６３０は、第一の走査ミラー６２０から光線を受け、第二の次元に走査された光線を提供するように位置合わせされ、ここで第二の走査ミラー６３０及び第二の折り返しミラー６５０は共通した基板６１０に結合される。
【００２７】
走査ミラー６３０が静止時に基板６１０と同じ平面に存在することが示されるが、出力光６０４は、静止時、並びに、走査ミラーの角変位の頂点にあるとき、走査ミラー６３０から反射されることが示される。一部の実施形態では、走査ミラー６３０は、基板６１０と異なる平面にある一つ以上の部品を含む。好適な基板、走査ミラー、及び、折り返しミラーの様々な実施形態は、後続の図を参照して以下でさらに説明される。
【００２８】
一部の実施形態では、折り返しミラー６４０は省略される。これらの実施形態では、入力光線は、最初に、折り返しミラー６５０に入射する。走査ミラー６２０は、折り返しミラー６５０から光を受け、この光を第一の次元に走査し、次に、走査ミラー６３０は、この光を第二の次元に走査する。
【００２９】
一部の実施形態では、走査ミラー６２０は、「高速走査」ミラーであり、走査ミラー６３０は、「低速走査」ミラーであるが、これは、本発明を限定するものではない。例えば、走査ミラー６２０は、走査ミラー６３０より高速に又は低速に走査することがある。一部の実施形態では、走査ミラー６２０は、画像中の水平線毎に一回ずつ掃引することがあり、走査ミラー６３０は、画像の中で垂直帰線毎に一回ずつ掃引することがある。当業者は、二台の走査ミラーの掃引レートと光源の変調レートとを変化させることは、様々な画像解像度に対応することを理解されるであろう。例えば、垂直掃引レートと相対的に水平掃引レートを増加させると、より多くの水平線が画像に生じ、光源の変調レートを増加させると、水平線一本当たりにより多くの画素が画像に生じる。
【００３０】
走査ミラー６２０及び６３０は、説明されているように光線を走査するため適している任意の機器でもよい。例えば、一部の実施形態では、走査ミラー６２０及び６３０は、ＭＥＭＳ走査ミラーである。走査ミラー６２０及び６３０の角運動は、一つ以上の制御信号に応答して一つ以上の作動機構によって制御されることがある。例えば、一部の実施形態では、一つ以上の導電性コイル及び／又は一つ以上の固定磁石を含む磁気作動機構が用いられることがある。他の実施形態では、静電作動機構が用いられることがある。本発明の様々な実施形態は、走査ミラー６２０及び６３０のどちらかに使用される作動機構の種類によっても限定されることはない。
【００３１】
折り返しミラー６５０は、基板６１０に形成される。一部の実施形態では、折り返しミラー６５０は、基板６１０に塗布された反射コーティングを含む。他の実施形態では、別個のミラーが折り返しミラー６５０を形成するため基板６１０に貼り付け又は接合される。
【００３２】
共通した基板６１０上で折り返しミラー６５０と走査ミラー６３０とを組み合わせることは、残りの光学部品がより接近して位置合わせされることを可能とし、それによって、２ミラー走査システム６００によって占有される全体的な体積を削減する。例えば、走査ミラー６２０は、走査ミラー６３０により接近させて位置合わせすることができ、走査ミラー６３０の大きさに関する要件の軽減という結果になる。
【００３３】
一部の実施形態では、走査ミラー６２０は、静止時に走査ミラー６２０の反射面が入力光線６０２に平行であるように位置合わせされるが、これは、本発明を限定するものではない。入力光線６０２は、実際の光線が示された断面の範囲内のどこに存在してもよいことを示すために複数の線によって表現される。出力光も同じ理由のため複数の線で示される。図６は、ミラーが中心に置かれたとき、及び、ミラーがこれらの角変位の頂点にあるときの出力光の軌道を示す。実際の動作において、光線は、連続的に掃引される。
【００３４】
図７−９は、二台の走査ミラー、二台の折り返しミラー、及び、出力光学要素を含む走査システムの側面図、平面図及び斜視図である。ここで、図７を参照すると、２ミラー走査システム７００は、走査ミラー７２０及び７３０と、折り返しミラー７１２及び７５０と、光学要素７１０とを含む。折り返しミラー７１１は、出力光学要素７１０の表面に形成される。動作中に、光線７０２は、システム７００に入り、折り返しミラー７１２へ反射する。折り返しミラー７５０は、折り返しミラー７１２から反射された光を受けるように位置合わせされる。走査ミラー７２０は、折り返しミラー７５０から反射された光を受けるように位置合わせされ、第一の次元に光線を走査する。走査ミラー７３０は、走査ミラー７２０から光線を受けるように位置合わせされ、第二の次元にこの光線を走査する。出力光学要素７１０は、走査ミラー７３０からの光線に交差するように位置合わせされ、ここで、折り返しミラー７１２は、出力光学要素７１０上で位置合わせされる。走査ミラー７３０からの光は、出力光学要素７１０を通過した後、走査システム７００を出る。２ミラー走査システム７００を出る光は、二台の走査ミラーの動作によって二次元に走査され、ラスタ画像を７０４で描く。
【００３５】
走査ミラー７２０は、軸７２１周りの角変位を用いて前後に走査する。図７では、軸７２１は、紙面に示されている。図８に示されるように、走査ミラー７３０は、軸７３１周りの角変位を用いて前後に走査する。図８では、軸７３１は、紙面に示されている。二本の軸７２１及び７３１は、走査ミラー７２０及び７３０による別個の次元での走査を生じさせるように、互いに実質的に９０度をなすように向けられる。
【００３６】
一部の実施形態では、走査ミラー７２０は、「高速走査」ミラーであり、走査ミラー７３０は、「低速走査」ミラーであるが、これは、本発明を限定するものではない。例えば、走査ミラー７２０は、走査ミラー７３０より高速に又は低速に走査することがある。一部の実施形態では、走査ミラー７２０は、画像中の水平線毎に一回ずつ掃引することがあり、走査ミラー７３０は、画像中の垂直帰線毎に一回ずつ掃引することがある。当業者は、二台の走査ミラーの掃引レートと光源の変調レートとを変化させることは、様々な画像解像度に対応することが理解されるであろう。例えば、垂直掃引レートと相対的に水平掃引レートを増加させると、より多くの水平線が画像に生じ、光源の変調レートを増加させると、水平線一本当たりにより多くの画素が画像に生じる。
【００３７】
走査ミラー７２０及び７３０は、説明されているように光線を走査するために適している任意の機器でもよい。例えば、一部の実施形態では、走査ミラー７２０及び７３０は、ＭＥＭＳ走査ミラーである。ＭＥＭＳ走査ミラーの運動は、１個以上の制御信号に応答して一台以上の作動機構によって制御されてもよい。例えば、一部の実施形態では、一つ以上の導電性コイル及び／又は一つ以上の固定磁石を含む磁気作動機構が用いられてもよい。他の実施形態では、静電作動機構が用いられてもよい。本発明の様々な実施形態は、走査ミラー７２０及び７３０のどちらに使用される作動機構の種類によっても限定されることはない。
【００３８】
折り返しミラー７１２は、出力光学要素７１０の一部である。一部の実施形態では、折り返しミラー７１２は、出力光学要素７１０に塗布された反射コーティングを含む。他の実施形態では、折り返しミラー７１２は、すべての光が反射されるように、入力光線７０２が折り返しミラー７１２上で臨界角を下回る入射角を確実にとることによって形成される。さらなる実施形態では、別個のミラーが折り返しミラー７１２を形成するため光学要素７１０に貼り付け又は接合される。
【００３９】
一部の実施形態では、出力光学要素７１０は、出力画像を変えるくさび型光学要素である。一つ以上の実施形態では、出力光学要素７１０は、本質的に走査ビームディスプレイ又はイメージングシステムになり得る２ミラー走査システム７００によって生成され、そして、軸外入力光線によって引き起こされる走査された光線の軌道と、走査ミラーから画像平面への変換との結果である画像の中の歪みを低減又は除去するため用いられることがある。代替的に、例えば、増大されるか、又は、そうでなければ分けられた歪みが用途に応じて望ましい場合、出力光学要素７１０は、２ミラー走査システム７００によって生成された画像の中の歪みの量を分ける、又は、増大するため用いられることがある。一般に、出力光学要素７１０は、２ミラー走査システム７００によって生成又は獲得された画像の歪みのある程度の変更をもたらすため利用されることがある。一つ以上の実施形態では、出力光学要素７１０は、一般に、光学素子、又は、光学素子の組み合わせを備えることがあり、第一の表面又は平面７１４が第二の表面又は平面７１６に対して非平行角で配置されている。一つ以上の実施形態では、このような出力光学要素７１０の配置は、プリズム、又は、錐台、ピラミッド形、錐などのような類似した形状の光学要素を備えることがあり、及び／又は、代替的に、出力光学要素７１０は、第一の表面７１４を具現化するためにガラス又はその他の光学材料の第一の板を備え、第二の表面７１６を具現化するために第二のガラス又はその他の光学材料の板を備え、折り返しミラー７１２を具現化するために第三のガラス又はその他の光学材料の板を備えることがある。
【００４０】
出力光学要素７１０を折り返しミラー７１２と組み合わせることは、残りの光学部品がより接近して位置合わせされることを可能とし、それによって、２ミラー走査システム７００によって占有される全体的な体積を削減する。例えば、走査ミラー７２０及び７３０は、出力光学要素７１０により接近させ、かつ、互いにより接近させて位置合わせされる。これにより、走査ミラー７３０の寸法の縮小、及び、出力光学要素７１０の寸法の縮小という結果になる。
【００４１】
一部の実施形態では、折り返しミラー７５０及び走査ミラー７３０は、図６に示されるように、共通した基板上に形成される。一部の実施形態では、折り返しミラー７５０は、基板に塗布された反射コーティングを含む。他の実施形態では、別個のミラーが、折り返しミラー７５０を形成するため基板に貼り付け又は接合される。
【００４２】
共通した基板上で折り返しミラー７５０と走査ミラー７３０とを組み合わせることは、残りの光学部品がより接近して位置合わせされることを可能とし、それによって、２ミラー走査システム７００によって占有される全体的な体積を削減する。例えば、走査ミラー７２０は、走査ミラー７３０により接近させて位置合わせすることができ、走査ミラー７３０の大きさに関する要件の軽減という結果になる。これは、さらに、走査ミラー７２０への入射角をより小さくすることを可能とし、パッケージの小型化および歪みの低減という結果になる。
【００４３】
一部の実施形態では、走査ミラー７２０は、静止時に走査ミラー７２０の反射面が入力光線７０２に平行であるように位置合わせされるが、これは、本発明を限定するものではない。入力光線７０２は、実際の光線が示された断面の範囲内のどこに存在してもよいことを示すために複数の線によって表現される。出力光も同じ理由のため複数の線で示される。図７−９は、ミラーが中心に置かれたとき、及び、ミラーがこれらの角変位の頂点にあるときの出力光の軌道を示す。実際の動作において、光線は、連続的に掃引される。
【００４４】
一部の実施形態では、出力光学要素７１０は、２ミラー走査システム７００内部の他の部品を保持する搭載機能を含む。例えば、出力光学要素７１０は、折り返しミラー７５０及び走査ミラー７３０が搭載される基板を保持するための機能を含むことがある。同様に、例えば、出力光学要素７１０は、走査ミラー７２０の配置を維持するための機能を含むことがある。これらの搭載機能を出力光学要素７１０の一部として設けることは、折り返しミラー及び出力光学要素に対する走査ミラーの適切な配置を可能とする。一部の実施形態では、出力光学要素７１０は、同時に搭載部及び光学要素としての役割を果たすプラスチック部品である。
【００４５】
図１０は、走査プラットフォーム（走査のための基本構造）及び一体型折り返しミラーを含む基板を示す。基板１０００は、走査プラットフォーム１０３０及び一体型折り返しミラー１０５０を有していることが示される。基板１０００は、シリコンのようなＭＥＭＳ機器に適した材料から形成されることがあるが、本発明はこれに限定されない。
【００４６】
走査プラットフォーム１０３０は、面１０３２を含む。一部の実施形態では、面１０３２は、反射性であり、ミラーとしての役割を果たす。これらの実施形態では、走査プラットフォーム１０３０は、走査ミラーである。これらの実施形態では、走査ミラーが静止しているときの基板１０００の側面図は、基板６１０（図６）に類似しているように見える。
【００４７】
走査プラットフォーム１０３０は、湾曲部１００２及び１００４によってプラットフォーム１０００に連結される。駆動機構部（図示せず）は、湾曲部１００２及び１００４によって作り出される軸周りの基板１０００に対する調節可能な角変位を、走査プラットフォーム１０３０が受けるように引き起こす。いかなる種類の駆動機構部でも本発明の範囲から逸脱することなく使用することができる。例えば、磁気作動機構又は静電機構が用いられてもよい。
【００４８】
折り返しミラー１０５０は、基板１０００と一体化された固定ミラーである。一部の実施形態では、折り返しミラー１０５０は、基板１０００に反射コーティングを含み、他の実施形態では、折り返しミラー１０５０は、基板１０００に貼り付けられ又は接合された反射機器を含む。折り返しミラー１０５０の反射面は、基板１０００に平行でもよく、又は、基板１０００に平行でなくてもよい。例えば、一部の実施形態では、反射コーティングが、基板１０００に平行である折り返しミラー１０５０を形成するため基板１０００に塗布される。他の実施形態では、非平行面（平行ではない面）を有するミラーが基板１０００に平行ではない折り返しミラー１０５０を形成するため基板１０００に接合されることがある。
【００４９】
基板１０００は、上記実施形態のいずれでも利用されてもよい。例えば、基板１０００は、図６を参照して説明された実施形態における基板６１０として使用されてもよい。同様に、例えば、基板１０００は、走査ミラー７３０が走査プラットフォーム１０３０に対応し、折り返しミラー７５０が折り返しミラー１０５０に対応する図７−９を参照して記載された実施形態において使用されることがある。
【００５０】
図１１は、一体型折り返しミラーと、走査プラットフォームに貼り付けられた反射機器を含む基板を示す。図１１に示されるように、基板１０００に連結された走査プラットフォームは、この走査プラットフォームに貼り付け又は接合されたミラー１１３０を有してもよい。ミラー１１３０は、反射面１１３２を含む。静止時に、反射面１１３２は、折り返しミラー１０５０に平行であるが、異なる平面にある。一部の実施形態では、折り返しミラー１０５０は、ミラー１０３０の厚さに類似した厚さを有し、ミラー１１３０が静止しているとき、折り返しミラーとミラーとは、実質的に同じ平面内にある。
【００５１】
ミラー１１３１は、矩形として示されるが、これは、本発明を限定するものではない。例えば、様々な寸法又は形状のミラーを使用することができる。ミラー１１３０の大きさを変更することは、走査ミラーの内部性質を変化させ、これは、システム全体を設計するときに有利なように使用することが可能となる。
【００５２】
図１２は、走査された光線の歪みを示す。スポット１２１０、１２２０及び１２３０は、左右に走査されたとき、走査されたレーザ光線の相対的なスポット形状を示す。これは、第二の走査ミラー（図３の３３０、図６の６３０、図７の７３０、及び、図１１の１１３０）への光線入射が反射面の全域に亘って一様な厚さの直線を生じさせないかもしれないことを例証するために、やや誇張されて示される。１２１０及び１２３０での光線とミラーの反射面との間の入射角が大きいほど、スポットは拡散する。
【００５３】
図１３は、一体型折り返しミラーと、走査プラットフォームに貼り付けられた反射機器とを含む基板を示す。基板１０００は、図１０及び１１に示された基板と同じである。図１３に示されるように、基板１０００に連結された走査プラットフォームは、ミラー１３３０が貼り付けられるか、又は、接合されてもよい。ミラー１３３０は、反射面１３３２を含む。ミラー１３３０の形状は、非円形であり、かつ、非矩形である（円形ではなく、且つ矩形ではない）。様々な実施形態では、ミラー１３３０は、様々な形状をもつことがある。図１３に示された形状は、図１２におけるスポット形状の包絡線に対応するが、これは、本発明を限定するものではない。
【００５４】
静止時に、反射面１３３２は、折り返しミラー１０５０に平行であるが、異なる平面にある。一部の実施形態では、折り返しミラー１０５０は、ミラー１３３０の厚さに類似した厚さを有し、ミラー１０５０が静止しているとき、折り返しミラーとミラーは、実質的に同じ平面内にある。
【００５５】
図１４は、本発明の様々な実施形態による、くさび型光学要素を介した画歪み（画像の歪み）の変化を例示する図である。図１４に示されるような画像１４００が、２ミラー走査システムによって表示可能である。画像１４００は、軸外の光線を様々な折り返しミラー及び走査ミラーへ供給することから生じる画歪みをもつことがあり、この画歪みは、軸外からの入力光線によって引き起こされる走査された光線の軌道と、走査ミラーから画像平面への変換との結果である。軸外からの光線の供給に起因するこのような画歪みは、キーストーン歪み又はスマイル歪みとも称される画像１４００の非四角形レイアウト１４０２という結果をもたらすことがある。このような画歪みは、画像１４００が実際には平坦な表面に投影されているときに、球面に投影された直線的な画像の変化に類似することがある。スマイル歪みは、極座標から直線又は直交座標への画像データの再マッピング（対応関係の再定義）の結果であるリマッピング歪みと呼ばれることもある。一つ以上の実施形態では、出力光学要素３１０（図３−５）及び７１０（図７−１０）は、上述のような出力光学要素３１０及び７１０の表面３１４、７１４に対する表面３１２、７１２の概ねくさび形状の配置によって、画像１４００のほぼ正方形の直線的なレイアウトを生ずるためこのような画像歪みを補正する能力がある。一つ以上の実施形態では、図１４に示されるようなこのスマイル歪みの実施例は、出力光学要素が使用されていないとき、画像１４００の約１３％の歪みを表すことがある。様々な２ミラー走査システムの実施形態において出力光学要素を使用することにより、歪みは、約５％以下まで低減されることがあるが、発明の実施形態は、この点に関して限定されない。
【００５６】
本発明は、ある種の実施形態と関連して説明されたが、当業者が容易に理解するように、変更及び変形が本発明の範囲から逸脱することなく行われてもよいことが理解されるべきである。このような変更及び変形は、本発明と添付の特許請求の範囲に記載された事項の範囲内であると判断されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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